基于耐久性混凝土橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計原則和方法

基于耐久性混凝土橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計原則和方法近年來，我國橋梁建設(shè)工程數(shù)量越來越多，建設(shè)規(guī)模也越來越大，但是，橋梁結(jié)構(gòu)的安全性與耐久性卻沒有跟隨工程建設(shè)數(shù)量和規(guī)模發(fā)展腳步。在混凝土橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，設(shè)計人員多注重結(jié)構(gòu)強度設(shè)計，而忽視結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計，從而導致設(shè)計出的橋梁結(jié)構(gòu)耐久性難以滿足實際的工程建設(shè)標準要求和交通需求?；诖?，本文簡單分析影響混凝土橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計耐久性的因素，并總結(jié)基于耐久性混凝土橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計原則和方法，以期能為后續(xù)混凝土橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計工作提供有效參考。

0引言

混凝土橋梁結(jié)構(gòu)耐久性不僅是衡量橋梁使用壽命的重要指標，同時對橋梁運行質(zhì)量也具有非常大的影響。然而，在設(shè)計過程中，不少設(shè)計人員并未認識到橋梁結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計的重要性，從而導致橋梁結(jié)構(gòu)耐久性不足，這種現(xiàn)象不僅會制約我國橋梁工程的健康、穩(wěn)定和長久發(fā)展，也會對城市交通運輸和人們出行質(zhì)量造成不良影響?；诖?，就需要設(shè)計人員全面做好基于耐久性的混凝土橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計。

1影響混凝土橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計耐久性的因素分析

1.1橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理

在混凝土橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，不少設(shè)計人員片面地認為提升橋梁結(jié)構(gòu)強度便能促進橋梁工程滿足現(xiàn)階段的工程建設(shè)標準和交通需求，這種錯誤的認知會導致其忽視混凝土結(jié)構(gòu)本身的耐久性設(shè)計，從而不能根據(jù)工程建設(shè)地的實際情況合理進行橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計。這種現(xiàn)象不僅會降低混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性，同時也會降低其承重標準，導致混凝土橋梁在實際運行過程中出現(xiàn)較多的安全隱患。

1.2材料選擇不當

材料選擇是否得當也是影響混凝土橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計耐久性的重要因素之一。對于混凝土橋梁而言，合理選擇混凝土混合料及其他材料，不僅能提高工程施工質(zhì)量，還能提升其結(jié)構(gòu)強度和延長混凝土使用壽命，從而能提高橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性。例如，合理選擇混凝土的高堿溶液，可在混凝土內(nèi)部鋼筋結(jié)構(gòu)表面形成一層氧化鐵保護膜，不僅能防止混凝土發(fā)生開裂和鋼筋發(fā)生腐蝕等病害問題，還能有效提高整體結(jié)構(gòu)的耐久性。然而，在實際設(shè)計過程中，不少設(shè)計人員并未考慮材料因素對混凝土橋梁結(jié)構(gòu)和設(shè)計質(zhì)量的影響，從而難以選擇合理的材料進行工程建設(shè)[1]。

2基于耐久性混凝土橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計原則

為提高混凝土橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量和橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性，需要設(shè)計人員在設(shè)計過程中遵循以下原則進行合理設(shè)計：(1)整體性原則，指的是設(shè)計過程中需保證混凝土橋梁結(jié)構(gòu)連續(xù)性和整體性原則，這樣不僅能有效提高橋梁整體的美觀性，還能提高橋梁結(jié)構(gòu)剛度和承載能力，從而提高其耐久性。一般來說，要達到整體性設(shè)計目標要求，多采用無伸縮縫橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計方式進行混凝土橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計，原因為混凝土橋梁在實際運行過程中，受大自然環(huán)境、雨水、海水侵蝕等因素的影響，常常會導致其結(jié)構(gòu)出現(xiàn)伸縮縫病害，采用無伸縮縫橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計便能有效避免這一病害問題的發(fā)生，同時還能提高橋梁結(jié)構(gòu)的連續(xù)性和整體性；(2)應力均勻流暢。在設(shè)計過程中還需遵循應力均勻流暢原則，要確保橋梁結(jié)構(gòu)應力均勻、結(jié)構(gòu)力學連續(xù)以及力的傳遞路線簡潔、平滑，這樣不僅能避免橋梁結(jié)構(gòu)薄弱區(qū)域發(fā)生各種病害問題，還能提高橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性；(3)縮短傳力路徑，對于混凝土橋梁結(jié)構(gòu)而言，橋梁結(jié)構(gòu)和傳力路徑越復雜，各結(jié)構(gòu)部位發(fā)生損傷的概率越高，因此，還需要設(shè)計人員遵循縮短傳力路徑原則進行設(shè)計，采用最簡捷的方法進行橋梁結(jié)構(gòu)傳力路徑設(shè)計，提高橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和耐久性[2]。

3基于耐久性混凝土橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計方法

3.1合理選擇混凝土材料

相關(guān)研究證實，在混凝土橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計和建設(shè)過程中，水泥種類、用量及水灰比等均會對混凝土的碳化速度產(chǎn)生一定影響，并破壞混凝土的酸堿度，從而影響混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性。因此，設(shè)計人員在設(shè)計過程中需要考慮上述因素對橋梁結(jié)構(gòu)的影響，合理選擇混凝土材料和嚴格控制混相關(guān)水泥用量及水灰比。一般來說，含堿度較高的水泥與其他配料混合后易發(fā)生膨脹反應，從而增加橋梁開裂發(fā)生概率。對此，就需要設(shè)計人員在設(shè)計過程中采用低堿水泥作為建筑材料，嚴格控制水灰比，增強凝土的抗?jié)B性，提高混凝土橋梁結(jié)構(gòu)耐久性[3]。

3.2混凝土結(jié)構(gòu)保護層厚度設(shè)計

一項關(guān)于鋼筋混凝土簡支梁橋梁工程結(jié)構(gòu)設(shè)計實踐證實，增加混凝土結(jié)構(gòu)保護層厚度，可有效提高整個橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性。但是，增加混凝土結(jié)構(gòu)保護層厚度也會導致工程建設(shè)投資成本增加，為了平衡混凝土橋梁結(jié)構(gòu)耐久性和經(jīng)濟型工程建設(shè)的要求，需要設(shè)計人員參考主梁鋼筋保護層厚對橋梁耐久性影響設(shè)計標準（見圖1），合理確定保護層厚度，這樣不僅能降低工程投資成本，還能提高橋梁結(jié)構(gòu)耐久性。

圖1主梁鋼筋保護層厚對橋梁耐久性影響設(shè)計標準

3.3橋梁伸縮縫構(gòu)造設(shè)計

做好橋梁伸縮縫構(gòu)造設(shè)計是提升混凝土橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量的關(guān)鍵，因此，就需要設(shè)計人員采用規(guī)范的方法進行橋梁伸縮縫構(gòu)造設(shè)計，如對主梁和伸縮縫兩側(cè)之間的鋼筋進行預埋設(shè)計，這樣能有效提高伸縮縫整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。其次，在對橋梁整體結(jié)構(gòu)進行設(shè)計時，盡量采用鉸接方式替代伸縮縫，以降低伸縮縫設(shè)置數(shù)量，從而最大限度避免或減少伸縮縫病害問題的發(fā)生[4]。

3.4橋梁防排水結(jié)構(gòu)設(shè)計

做好橋梁防排水結(jié)構(gòu)設(shè)計，盡可能減少橋梁表面積水和橋下滲水，亦能有效提高混凝土橋梁結(jié)構(gòu)耐久性。因此，在設(shè)計過程中，設(shè)計人員需要根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)實際情況做好防排水構(gòu)造設(shè)計，如對于水平設(shè)置的橋梁結(jié)構(gòu)，一般不需在橋梁構(gòu)件上設(shè)置排水系統(tǒng)出口，這樣可有效避免橋梁構(gòu)件漏水所致的積水問題發(fā)生。設(shè)置橋面泄水管時，需對泄水管與混凝土進行隔離，并采取有效措施對泄水管進行密封處理，這樣可確保橋面的積水全部排到橋下。對于橋梁外側(cè)翼板，需采用垂裙式墻式護欄防水結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，這樣可防止水流順著翼板底部流下。

3.5橋梁支座結(jié)構(gòu)設(shè)計

相比其他的混凝土橋梁構(gòu)件（見圖2），橋梁支座構(gòu)件使用壽命相對較短，為延長橋梁支座構(gòu)件使用壽命和提高支座結(jié)構(gòu)耐久性，就需要設(shè)計人員對支座周圍的細部結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計，如做好支座周圍的細部結(jié)構(gòu)的防塵、防水設(shè)計，這樣可有效減少周圍塵土和積水對支座結(jié)構(gòu)的影響。另外，在設(shè)計過程中，還需在支座墩頂上預留一定設(shè)備空間，便于后續(xù)進行支座維修和更換處理。

圖2橋梁支座結(jié)構(gòu)

3.6橋面設(shè)計

混凝土橋梁的橋面是橋梁與車輛直接接觸的地方，且在實際運行過程中，受橋面上行車荷載、外部溫度、環(huán)境等因素的影響，常常會導致橋面發(fā)生開裂、變形、下沉等病害問題，這些問題也不僅會顯著降低橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性，還會影響行車安全。因此，就需要設(shè)計人員嚴格做好橋面設(shè)計，如設(shè)計過程中，選擇密實性較好、等級較高的混凝土進行橋面鋪設(shè)，這樣能有效防止和降低橋面開裂發(fā)生概率。并且，還可將復合纖維混凝土摻入水泥中，這樣能有效提高橋面和整個橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性[5]。

4結(jié)語

相比其他工程，混凝土橋梁工程對結(jié)構(gòu)受力和耐久性要求更高，原因是在實際運行過程中，混凝土橋梁結(jié)構(gòu)會受到上部行車荷載、外部環(huán)境、雨水及其下部水體腐蝕等多方面因素的影響，導致混凝土橋梁結(jié)構(gòu)發(fā)生腐蝕、損壞等現(xiàn)象，從而會降低橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性。一旦混凝土橋梁結(jié)構(gòu)耐久性降低，不僅會縮短橋梁的使用壽命，同時還會影響城市交通運輸和人們出行質(zhì)量?；诖?，就需要設(shè)計人員嚴格做好基于耐久性的混凝土橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計，如遵循整體性原則、應力均勻流暢、縮短傳力路徑等原則進行設(shè)計。另外，還需掌握基于耐久性混凝土橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，如合理選擇混凝土材料、做好混凝土結(jié)構(gòu)保護層厚度設(shè)計、橋梁伸縮縫構(gòu)造設(shè)計、橋梁防排水結(jié)構(gòu)設(shè)計、橋梁支座結(jié)構(gòu)設(shè)計以及橋面設(shè)計。只有這樣，才能全面提高混凝土橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量和耐久性。

參考文獻

[1]李增江.基于耐久性的混凝土橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計研究[J].工程建設(shè)與設(shè)計，2020(18):111-112.

[2]周嵬.基于耐久性混凝土橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計研究[J].智能城市，2019,5(13):34-3